LAYOUT O DISTRIBUCION DE PLANTA POR PROCESO.
Los layout o distribuciones de planta, en
términos generales, pueden tener una vida útil no mayor a 5 años (Shahrukh,
1999), esto es debido al aumento o disminución en la demanda de ciertos
productos, los cambios en los diseños, la tecnología, los estándares, los procesos
y demás variables asociadas a una organización (Shahrukh, 1999). Este escenario
obliga a diseñar un nuevo layout que integre de forma sistemática, las
características de los productos, los volúmenes de producción y los procesos
productivos necesarios.
Existen cuatro tipos generales de layout para un planta
industrial:
1.- Por producto (flow shop),
2.-Por proceso (jop shop),
3.- Fijo,
4.-con celdas de manufactura (Singh,1996; Companys, 1998).
Las distribuciones de
planta por proceso (jop shop) se distinguen por agrupar las actividades y máquinas similares de
acuerdo al proceso funcional tecnológico que realizan. Las distribuciones de
planta por producto (flow shop) disponen los equipos o procesos de forma
lineal, organizandolos para la elaboración de un producto o una línea de
productos de forma continua. Las distribuciones de planta fijas se emplean en
la fabricación de productos que por su tamaño no es posible movilizarlos
fácilmente, como los barcos y aviones. Por último, tenemos las celdas de
manufactura (tipo empleado en este caso) un concepto que se fundamenta en la
filosofía de tecnología de grupos (Singh,1996) que es una expresión tecnológica
de la manufactura esbelta, la cual agrupa las partes en familias y las máquinas
en celdas a partir de las similitudes tecnológicas de manufactura entre éstas,
generando al interior de la planta pequeñas minifábricas o celdas de
manufactura donde se producen las piezas.
Este
tipo de configuración es el apropiado para sistemas de manufactura con
diversidad de productos y volúmenes de producción variables. En términos
generales la implementación de ellas genera ventajas (Lara, 2007; Muther, 2002;
Nyman, 1992) importantes como reducciones de tiempos de proceso (lead time)
(20-88%), tiempos de alistamiento (2-95%), inventarios en proceso (8-80%),
manipulación de materiales (10-83%), mobiliario (10-85%), espacio requerido
(1-85%) y adicionalmente incrementan la satisfacción en el trabajo (15-50%) y
la calidad (5-90%).
La definición de un layout
es un problema de asignación de posiciones dentro de un espacio determinado,
buscando aquella que sea la más óptima posible. Para lograrlo existen
diversas técnicas o metodologías; entre la primeras se encuentran la
desarrollada por Richard Muther en 1961, SLP (Systematic layout planning)
(Tompkins, 2006), el CRAFT (Computer rotativa allocation of facilities
techniques) (Companys, 1998), creada por Buffa en 1963, Corelap (Computerized
Relation Layout Planning) (Companys, 1998) y Aldep (Automated Layout Design
Program) (Companys, 1998), implementada en 1967 por Seehof y Evans. En una
segúnda etapa encontramos la propuesta de Kusiak & Heragu (Kusiak, 1990),
donde este problema es modelado como de asignación cuadrática QAP;
posteriormente, Kusiak (Kusiak, 1990) planteó una solución empleando un algoritmo
de función de penalidad (The penalty function algorithm). Las propuestas
más recientes utilizan técnicas de búsqueda y optimización como la de Lou Y.
Liang (Lou Y, 2008), basada en la técnica TS (Tabu search) para la
determinación óptima dellayout de
un hospital. Adicionalmente al problema general de asignación del layout en
este caso era necesario formar las celdas de manufactura, para lo cual existe
una gran variedad de metodologías y algoritmos, como lo describe Hassam
(Hassam, 1998); entre éstos, los que emplean coeficientes de similitud como los
expuestos y clasificados por Yong Yin (Yong Yin, 2006). Los trabajos más
recientes para solucionar el problema de formación de las celdas están basados
en inteligencia artificial, algoritmos genéticos y otras técnicas de
optimización como las planteada por Sudhakara Pandian (Sudhakara et al, 2008)—quien emplea redes
neuronales a-plicando ART 1 (Adaptive resonance theory)— y Arshia Ahí
(Arshia, 2008) (con la aplicación de los métodos SAW (Simple additive weithting)
y Topsis (Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solu-tion).
Y en el propuesto por Adnan Tariq (Adnan, 2009) su algoritmo híbrido útiliza
LSH (Local search heuristic) y GA (Genetic Algorithm) para la formación
de celdas de manufactura.
La metodología consiste en integrar la formación de las celdas de
manufactura y la definición del layout de
éstas exponiendo paso a paso el trabajo realizado y los conceptos asociados a
cada etapa en la construcción de las celdas de manufactura, haciendo énfasis en
el método gráfico desarrollado con el fin de determinar la posición relativa de
las máquinas dentro de las celdas; nombrada círculos
tecnológicos de parentesco por
el dominio geométrico, y la cual construida a partir de los coeficientes de
similitud entre máquinas producto del parentesco entre ellas.
El
procedimiento general empleado contempla el análisis de las
condiciones iniciales del sistema, la formación de las celdas de manufactura,
la implementación de los círculos tecnológicos de parentesco y la determinación
del layout definitivo.
Análisis
de las condiciones iniciales del sistema
Esta
etapa contempla la generación de las rutas de proceso y el análisis del flujo
de materiales en planta, los volúmenes de producción y las características de
las máquinas o equipos necesarios para la fabricación de los productos más
representativos, con el objetivo de determinar las condiciones iniciales del
sistema y definir el tipo de layout que se emplearía.
La
información recolectada demostró la obsolescencia del layout. La ubicación de las
máquinas generan transporte, almacenamiento y manipulación excesiva de los
productos en proceso, como también contraflujos; esto se ve reflejado en los
227 metros de distancia promedio que recorría una pieza durante su producción;
considerando que el espacio disponible es de 60 x 40 metros, cada pieza
recorría al menos dos veces la planta; adicionalmente, el tiempo promedio para
completar una orden de producción era de 15 días calendario, período que en su
composición estaba relacionado principalmente a esperas y transportes entre los
55 equipos necesarios para los diversos procesos. Otro rasgo importante está
asociado a las diferentes geometrías de las piezas procesadas, las cuales se
producen por lotes en cantidades variables, de acuerdo a la demanda del
mercado. Estas condiciones corresponden a un escenario adecuado para el uso de
tecnología de grupos en el diseño del nuevo layout,
razón por la cual se implementarán estos conceptos aprovechando sus ventajas
con el fin de solucionar los anteriores problemas y brindar mayor flexibilidad
al sistema productivo.
Formación
de las celdas de manufactura
La
formación de celdas de manufactura tiene tres etapas principales (Hassam,
1998); 1) identificación de las familias de partes, 2) identificación de las
celdas de manufactura, 3) asignación de las familias a las celdas, o viceversa.
Estas etapas se cumplen independientemente del método elegido; en este trabajo
se aplicó el método ROC (Singh,1996) (Rank order clustering,
desarrollado por King en 1980) porque permite de forma simultánea (Hassam,
1998) obtener las celdas y las familias de partes. La formación de las celdas
de manufactura surge de la construcción de la matriz de incidencia
máquinas-partes, a partir de las rutas de proceso; a esta matriz se
aplica de forma sistemática el procedimiento que se describe a continuación:
Método ROC [0]
Paso
1:
Asignar el peso binario y calcular un peso decimal para cada fila y columna
Paso 2. Ordenar las filas en orden decreciente de acuerdo a los valores
de peso decimales.
Paso 3. Ordenar las columnas en orden decreciente de acuerdo a los
valores de peso decimales.
Paso 4. Continuar los pasos precedentes hasta que ya no se presente
ningún cambio en la posición de cada elemento en cada fila y columna.
Finalizado
el anterior procedimiento, y evaluadas las posibles configuraciones, se
definieron las celdas de manufactura y la familias de partes que se pueden
extraer de la matriz ordenada. Círculos tecnológicos de parentesco
Luego
de establecidas las familias de partes y las celdas de manufactura se genera la
necesidad de ubicar en cada celda las máquinas para que los procesos ahí
realizados se desarrollen de forma fluida, optimizando los recursos y
aprovechando al máximo el espacio disponible. En este punto, y considerando las
relaciones existentes entre las máquinas, con el uso de los coeficientes de
similitud CS se emplea el método SLCA (Singh,1996) (Single-linkage cluster
analysis, desarrollado por McAuley en 1982). Se aplica esta forma gráfica
debido al grado de parentesco entre máquinas manifestado en la relación inversa
entre los coeficientes y las posibles distancias tecnológicas que existan en la
realidad entre ellas. De forma general, si el coeficiente de similitud entre
dos máquinas es alto implica que espacialmente la distancia entre éstas debe
ser pequeña, por tal razón trabajamos con los recíprocos de los coeficientes de
similitud que actúan como radios de los círculos tecnológicos.
De
esta manera se obtiene un esquema claro donde visualizar la ubicación relativa
de las máquinas dentro de la celda.
Determinación
del arreglo o layout definitivo
El
esquema anterior se complementó con los requerimientos de cada puesto de
trabajo en cuanto a máquinas, herramientas, dispositivos, materiales, usuarios
y normas de seguridad industrial. Adicionalmente, sobre este arreglo se
simularon las rutas de fabricación, revisando las secuencias de operaciones,
minimizando los transportes de materia prima y optimizando el uso del espacio.
Por último, se cruzo esta información con las necesidades de la organización
hasta obtener una alternativa viable, la cual fue implementada.
Resultados
de la implementación industrial del nuevo layout
Los
resultados generales logrados con el nuevo layout se exponen en la tabla N° 1 donde se aprecia un 51% de
disminución en los recorridos. La reducción del tiempo promedio para completar
una orden de producción está asociada a la eliminación de las esperas entre
procesos consecutivos, logrando que éstos se realicen de forma secuencial,
disminuyendo los transportes y almacenamientos de materiales; por último, se
optimizó el uso de las máquinas al redefinir los procesos saturando más estos
equipos.
Conclusiones
Se
expuso una experiencia práctica en el diseño de un nuevo layout cuando existe un número significativo
de máquinas por ubicar, logrando mejoras en los problemas manifestados en la
etapa de análisis y estableciendo un procedimiento que de forma didáctica guía
el posicionamiento de las máquinas o equipos dentro de la celda de manufactura,
disminuyendo el esfuerzo de análisis asociado con esta tarea.
La
ubicación de máquinas o equipos en un layout puede requerir un trabajo considerable
por la cantidad de información que es necesario recolectar y procesar, lo cual
hace indispensable obtener esquemas lógicos que puedan ser evaluados
contemplando las diversas variables involucradas para lograr soluciones
viables, esa es la principal ventaja que trae este procedimiento. Además, el
empleo de una metodología gráfica facilita la comprensión espacial de las
relaciones tecnológicas entre las máquinas, siendo importante anotar que se
evaluó el concepto de "esferas tecnológicas", lo cual implica una
ubicación tridimensional de cada máquina a través de la solución de los
sistemas de ecuaciones correspondientes a las esferas asociadas a cada una, con
lo que se obtendría la coordenada requerida; dado que cada máquina posee una
cantidad de relaciones mayor a tres y que éstas en muchos casos son mutuamente
excluyentes no es posible satisfacerlas a todas, no siendo viable encontrar
soluciones únicas sin el empleo de un modelo de optimización, el cual es el
posible escenario para futuras investigaciones sobre este tema.
La
formación de la celdas de manufactura puede realizarse con el uso de diversas
técnicas, en este caso se usó el método ROC por permitir de forma simultánea la
formación de las familias de partes y las celdas de manufactura; sin embargo,
queda al criterio del lector el uso de otro método que desarrolle esta tarea.
Sin embargo, independientemente del procedimiento empleado, éste debe con tar
con la evaluación de eficiencia de las posibles configuraciones de las celdas
para lograr un resultado óptimo.
De
igual forma, es posible emplear otros coeficientes de similitud que pueden
involucrar los volúmenes de producción, la secuencia de operaciones y otras
variables que modificarían los resultados de los esquemas obtenidos, logrando
que éstos contemplen primordialmente un aspecto determinado que dependería de
los objetivos buscados.
Los
resultados demostraron cómo un layout inadecuado genera considerables pérdidas
al sistema de manufactura manifestadas en transportes, esperas y
almacenamientos innecesarios que incrementan el lead time de los procesos.
